Легирование полупроводников методом ядерных реакций - Смирнов Л.С.
Скачать (прямая ссылка):
Ясно, что взаимодействия первичных дефектов с различными примесями будут разными. При этом определенную роль играет температура облучения. Влияние температуры облучения на комплексообразование рассмотрено в [19], где имеется подробный список оригинальных работ. Основной результат этих работ следующий: облучение при повышенных температурах приводит к изменению спектра дефектов, к исчезновению тех дефектов, температура отжига которых не превышает температуру облучения. Приведем результаты экспериментов, свидетельствующих о том,.что указанный подход к роли температуры облучения упрощенный и требует дальнейшей разработки.
84 ' . . ' • ¦ . • ».-1
Рис. 3.11. Изохронный отжиг кремниевых транзисторов, облученных электронами.
Гобл=.180»С, Ф-8Х X 10й эл/см2; отжиг 15 мин, энергия электронов 3,5 МэВ.
Рис. 3.12. Изохронный отжиг кремниевых транзисторов, облученных протонами.
Г0бл= 250°С, Ф = О X
X 1014 см—2, энергия протонов 50 каВ, время отжига 15 мин при каждой температуре.
Первый эксперимент. Кремниевые транзисторы облучались электронами с энергией 3,5 МэВ шли протопами с, энергией 50 кэВ при повышешшх температурах. Результаты (рис. 3.11 и 3.12) указывают на то, что при изохронном отжиге восстановление коэффициента усиления транзисторов наступает при температурах существенно ниже, чем температура облучения.
Второй эксперимент. Кремний «.-типа проводимости, содержащий кислород в концентрации 7—-13-1017 см~3,8 с удельным сопротивлением при комнатной температуре 7,5 Ом-см, облучался электронами с энергией 3,5 МэВ при повышенных температурах. Затем в процессе изохронного отжига фиксировалось образование высокоомного приповерхностного слоя, что проявлялось в увеличении сопротивления образца [66]. И опять (рис. 3.13) увеличение сопротивления наблюдалось при температурах ниже температуры облучения.
Третий эксперимент. Используем результаты работы [67], авторы которой наблюдали за кинетикой накопления и отжига И-Центров при повышенных температурах облучения. Температура облучения была выбрана 375°С. При этой температуре М-центры, образованные облучением при комнатной температуре, почти полностью отжигаются. Эксперименты проводились по следующим схемам. Схема 1: облучение при температуре 375°С — выключение пучка и нагрева-
/5, ОМ-СМ 10*-
Таблица ЗЛ Кинетика отзкига Л-цеп троп
Тобл, °С Время задержки, с Концен- трация А-цент- ровДО“1* г.г.Г'3
20 0 1,27
375 0 1,10
375 180 1,11
375 360 0,75
375' 1680 0,10
~Г
~г
200 ^отж >
.400
Рис. 3.13. Изохронный отжиг кремния, облученного электронами.
Кремний КЭФ-7,5, концентрация кислорода (8—13)-1017 см~3, энергия электронов 3,5 МэВ. Температура облучения, °С: 1 — 20; 3 — 300; 5 — 350; ,4 — 400 (Г, 2, 4 — доза электронов 1,1 ¦ 101в см—2« 3 — 1,7-101в см—?); б —• необ лученный образец. Отжиг 15 мин при каждой температуре.
теля, охлаждение до комнатной температуры, выдержка при комнатной температуре, изотермический отжиг при температуре 375°С. Схема 2: облучение при температуре 375°С — выключение пучка, изотермический отжиг нри температуре 375°С, выключение нагревателя и охлаждение до комнатной температуры.
Из сравнения конечных концентраций И-центров в опытах по двум схемам авторы [67] предполагали получить информацию о поведении вакансий после выключения пучка быстрых электронов. Если процесс накопления комплексов вакансия — кислород еще далек от насыщения и времена жизни свободных вакансий значительны, то в эксперименте по схеме 2 должны быть видны участки образования Л-центров и после выключения пучка либо задержки их отжига. Концентрация Л-центров определялась из измерений температурной зависимости эффекта Холла исходных и облученных образцов, а также на разных этапах отжига. Результаты приведены в табл. ЗЛ. Основной из них — затяжка отжига Л-центров для образцов, облученных по схеме 2. Только при больших временах задержки выключения нагревателя отжиг комплекса вакансияцислород начинает превалировать. Эффект хорошо заметен при сравнении с результатами изотермического отжига при температуре 375°С образцов, облученных по схеме 1. За время 180с концентрация исследуемого цоптра в них уменьшилась на 30%. Образцы, облученные но схеме 2, проходили такую же термическую обработку, только сразу после выключения пучка, но концентрация Л-центров осталась неизменной (см. табл. 3.1).
86
Авторы [67] приходят к выводу * что время жизни свободных вакансий при температуре 375°С не менее 180с.
Таким образом, приведенные выше эксперименты позволяют сделать следующие выводы.
1. При повышенных температурах облучения существует большая концентрация простейших дефектов вследствие увеличения их времени жизни.
2. Концентрация дефектов, температура отжига которых ниже температуры облучения, не исчезающе мала, а определяется соотношением процессов образования дефектов при непрерывной генерации хотя бы одного из компонентов и отжига этих дефектов. Как видно из табл. 3.1, квазиравновесная концентрация дефектов может быть отнюдь не малой.